JP5741534B2 - Concentrated winding coil - Google Patents
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Description
本発明は、集中巻コイルの構造に関する。 The present invention relates to a structure of a concentrated winding coil.
モータの損失を低減するにはステータのコイル占積率(導体断面積/コイル断面積)を大きくすることが有効である。このため、コイルを構成する導線として断面形状が丸形の丸線を多数層ティースに巻回するよりも断面形状が矩形の太い平角線をティースに一層に巻回する構造が用いられる場合が多い。一方、径方向に向かって周方向幅が略一定のティースが用いられる場合も多くなってきている。この場合、コイルの挿入されるスロットの周方向幅はティースの先端(ステータの内周側)に向って狭くなる。太い平角線をティースに一層に巻回してコイルを構成した場合には、丸線を多数層ティースに巻回する場合と異なり、コイルの断面形状をティースの長手方向に沿って変化させることが難しくなるのでステータ内周側での隣接コイル間の隙間が狭くなってしまうという問題があった。 In order to reduce the loss of the motor, it is effective to increase the coil space factor (conductor cross-sectional area / coil cross-sectional area) of the stator. For this reason, a structure in which a thick rectangular wire with a rectangular cross-sectional shape is wound around the teeth in one layer is often used as a conducting wire constituting the coil, rather than winding a round wire with a round cross-sectional shape around a multi-layered tooth. . On the other hand, there are many cases where teeth having a substantially constant circumferential width are used in the radial direction. In this case, the circumferential width of the slot into which the coil is inserted becomes narrower toward the tip of the teeth (inner side of the stator). When a coil is constructed by winding a thick flat wire around one layer of a tooth, it is difficult to change the cross-sectional shape of the coil along the longitudinal direction of the tooth, unlike when winding a round wire around multiple layers of teeth. Therefore, there is a problem that the gap between adjacent coils on the inner peripheral side of the stator becomes narrow.
そこで、スロットの形状に合わせてコイル全体の断面をティースの先端(ステータの内周側)に向って高さの低くなる台形とするように巻き線の断面形状を変化させる方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Therefore, a method has been proposed in which the cross-sectional shape of the winding is changed so that the cross-section of the entire coil is a trapezoid whose height decreases toward the tip of the teeth (inner side of the stator) according to the shape of the slot. (For example, see Patent Document 1).
しかし、特許文献1に記載されたコイルでは、コイルを構成する導線の断面形状、断面積をコイルのターン毎に変化させることが必要で、導線の形状が複雑となりコストアップとなってしまうという問題があった。
However, in the coil described in
そこで、本発明は、簡便な構成でステータのコイル占積率を向上させることを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to improve the coil space factor of the stator with a simple configuration.
本発明の集中巻コイルは、回転電機のステータに配置され、半径方向に向かって周方向幅が略一定なティースに導線を巻回した集中巻コイルであって、前記ティースの先端側から1ターンあるいは複数ターンの各導線の前記ティース表面からの各高さは、前記各導線の前記ティースの根元側に隣接する他の導線の前記ティース表面からの高さよりも低く、他のターンの各導線の前記ティース表面からの各高さは略同一で、前記1ターンあるいは前記複数ターンの各導線の前記ティース表面からの各高さよりも高く、前記他のターンの各導線の断面形状は略同一であり、前記1ターンあるいは前記複数ターンの各導線の断面形状は、前記他のターンの各導線の断面形状と異なり、前記1ターンあるいは前記複数ターンの各導線の断面積は、前記他のターンの各導線の断面積よりも小さく、周方向に隣接するティースに巻回した周方向に対向する各前記1ターンあるいは前記複数ターンの各導線間の周方向間隔の最小値は周方向に隣接するティースに巻回した対向する各他のターンの各導線の周方向間隔の最小値と同じかそれより小さいこと、を特徴とする。 The concentrated winding coil according to the present invention is a concentrated winding coil which is disposed on a stator of a rotating electrical machine and has a conductive wire wound around a tooth having a substantially constant circumferential width in the radial direction, and is one turn from the tip side of the tooth. Or each height from the teeth surface of each conducting wire of a plurality of turns is lower than the height from the teeth surface of other conducting wires adjacent to the root side of each of the conducting wires, and each conducting wire of other turns Each height from the surface of the teeth is substantially the same, higher than the height from the surface of the teeth of the one-turn or multi-turn conductors, and the cross-sectional shapes of the conductors of the other turns are substantially the same. The cross-sectional shape of each conductor of the one turn or the plurality of turns is different from the cross-sectional shape of each conductor of the other turn, and the cross-sectional area of each conductor of the one turn or the plurality of turns is Of smaller than the cross-sectional area of each conductor turn, the minimum value of the circumferential spacing between the conductors of each said one-turn or the plurality of turns opposite wound circumferentially teeth adjacent in the circumferential direction in the circumferential direction It is characterized by being equal to or smaller than the minimum value of the circumferential interval of each conducting wire of each other turn that is wound around adjacent teeth.
本発明の集中巻コイルにおいて、前記他のターンの各導線の断面形状は略平角形状であり、前記1ターンあるいは前記複数ターンの各導線の断面形状は、台形、五角形、三角または長方形であること、としても好適である。
Te concentration Makiko yl odor of the present invention, the cross-sectional shape of each conductor before SL other turns are substantially rectangular shape, the cross-sectional shape of each conductor of the one-turn or the plurality of turns are trapezoidal, pentagonal, triangular or rectangular This is also preferable.
本発明は、簡便な構成でステータのコイル占積率を向上させることができるという効果を奏する。 The present invention produces an effect that the coil space factor of the stator can be improved with a simple configuration.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。本発明の実施形態の集中巻きコイルが取り付けられる回転電機は、中心軸の周りに回転するロータの周囲に円周状にステータが配置されたものであり、例えば、一般的な回転式モータあるいは、モータジェネレータ、発電機などを含むものである。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The rotating electrical machine to which the concentrated winding coil of the embodiment of the present invention is attached has a stator arranged circumferentially around the rotor rotating around the central axis, for example, a general rotary motor or This includes motor generators, generators, and the like.
図1(a)に示すように、本実施形態の集中巻きコイル20が取り付けられている回転電機のステータ10は、ステータコア12と、ステータコア12に配置された複数のティース14とを有している。
As shown in FIG. 1A, the
ステータコア12は、略円筒状のヨーク13と、ヨーク13の内周面19から回転電機の回転中心軸の方向に向かって延びる複数のティース14を有している。各ティース14は、ヨーク13の周方向に間隔をあけて配置され、各ティース14の間の空間はスロット18を形成する。各スロット18の中には導線21〜26が配置され、この導線21〜26は1つのティース14の周囲を回り、ティース14に巻きついた導線21〜26により集中巻きコイル20が形成される。なお、導線21〜26は連続した1本の導線のうち、ティース14の根元16側の第一ターンからティース14の先端15側の第六ターンの各ターンを構成する導線の部分である。
The
図1(a)に示すように、ティース14は、ヨーク13の内周面19側の根元16から先端15に向けて一定の幅dを有しているものである。つまり、ティース14は、回転電機の半径方向に向かって周方向の幅dが一定でヨーク13の内周面19から回転電機の中心軸に向かって突出している。このため、図1(a)に示すように、隣接する各ティース14の各表面17間の周方向の間隔は、ティース14の先端15あるいは、ステータ10の内周側に向うにつれて狭くなってくる。
As shown in FIG. 1A, the
図1(b)に示すように、本実施形態では、図中左側のティース14aに巻回されている集中巻きコイル20aは、第一ターンから第五ターン、第六ターンの二種類のターンによって構成されている。第一ターンから第五ターンは、厚さT1、高さH1の長方形断面の平角線の導線21a〜25aを厚さT1の辺がティース14aのスロット18側の表面17aに対向し、高さH1の辺が表面17aから垂直方向に伸びるように、ティース14aの周りにそれぞれ巻回したものである。また、第六ターンは、厚さT1でティース14aの根元16a側の高さが高さH1,ティース14aの先端15a側の高さが根元側の高さH1より低い高さH2の台形断面の導線26aを厚さT1の辺がティース14aのスロット18側の表面17aに対向し、高さH1,H2の各辺が表面17aから垂直方向に伸びるように、ティース14aの周りに巻回したものである。第一ターンから第五ターンを構成する導線21a〜25aは同一の断面形状、断面積であり、第六ターンを構成する導線26aは導線21a〜25aと断面形状が異なり、断面積は小さくなっている。また、第一ターンから第六ターンの各導線21a〜26aは、ティース14aの延びる方向に略隙間のない状態で詰めて巻回されている。
As shown in FIG. 1 (b), in this embodiment, the concentrated
つまり、図1(b)の左側の集中巻きコイル20aでは、ティース14aの先端15a側の第六ターンの導線26aの高さは、根元16a側の第一から第五ターンの各導線21a〜25aの共通の高さH1よりも低くなっている。
That is, in the
また、図中左側のティース14aの右側に隣接するティース14bに巻回されている集中巻きコイル20bは、左側のティース14aに巻回されている集中巻きコイル20aと同様、厚さT1、ティース14bの表面17bからの高さH1の長方形断面の平角線の導線21b〜25bがティース14bに順次巻回される第一ターンから第五ターンと、厚さT1でティース14bの根元16b側の高さが高さH1、ティース14bの先端15b側の高さが根元側の高さH1より低い高さH2の台形断面の導線26bがティース14bに巻回される第六ターンを含んでいる。
Further, the concentrated
図1(b)に示すように、スロット18を挟んで対向する左右のティース14a,14bの各集中巻きコイル20a,20bの各導線21a〜26a,21b〜26bはそれぞれスロット18を挟んで対向するように配置され、対向する各導線21a〜25a,21b〜25bの対向する面の間隔は、ティース14a,14bの先端15a,15bに向って小さくなっていき、各第五ターンの各導線25a,25bの先端15a,15b側の角部あるいは、各第六ターンの各導線26a,26bの根元16a,16b側の角部の間隔が最も狭く、最小間隔S1となっている。
As shown in FIG. 1B, the
第六ターンの各導線26a,26bは、各ティース14a,14bの先端15a,15bに向ってその高さが高さH1から高さH2に小さくなっており、各導線26a,26bの対向する面の間隔は最小間隔S1に保たれている。したがって、隣接する2つの集中巻きコイル20a,20bの間隔は、上記の最小間隔S1によって規定される。この最小間隔S1は、図1(b)に一点鎖線27a,27bで示すように、各集中巻きコイル20a,20bの第一ターンから第六ターンの各導線21a〜26bを高さH2の平角導線とした場合の最小間隔と同様である。したがって、本実施形態の集中巻きコイル20a,20bは、第一ターンから第六ターンの各導線21a〜26bを高さH2の平角導線で構成した場合に比較して、同一の最小間隔S1を確保しつつ、より大きなコイル占積率とすることができるものである。
Each
以上述べたように、本実施形態では、先端15側の第六ターンの導線26の形状を先端15に行くほど高さが低くなるような台形とするという簡便な方法により、コストアップを抑えつつ、ステータ10のコイル占積率を向上させ、損失を効果的に低減することができるという効果を奏する。
As described above, in the present embodiment, the cost is reduced by a simple method in which the shape of the lead wire 26 of the sixth turn on the
なお、本実施形態では、各導線26a,26bの対向する面の間隔は最小間隔S1に保たれていることとして説明したが、導線26a,26bの先端15a,15b側の高さH2をより小さくして、各導線26a,26bの対向する面の間隔が先端15a,15bに向うほど最小間隔S1よりも広がるように構成してもよい。また、第六ターンの導線26a,26bの根元16a,16b側の辺の高さを高さH1よりも小さくしてもよい。更に、本実施形態では、第六ターンの導線26a,26bの断面積は、他のターンの各導線21a~25bの断面積よりも小さいこととして説明したが、例えば、導線26a,26bの厚さをT1よりも厚くすることによって最小間隔S1を保ちつつ、他のターンの導線21a~25bと同一の断面積として構成してもよい。
In the present embodiment, each
次に図2を参照しながら、本発明の他の実施形態について説明する。図1(a)、図1(b)を参照して説明した実施形態と同様の部分には同様の符号を付して説明は省略する。図2に示すように、本実施形態は、ティース14a,14bの先端15a,15b側の第六ターンを構成する各導線26a,26bの各先端15a,15b側の対向する各角部を切り欠いて、各導線26a,26bの断面形状を五角形としたものである。
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Parts similar to those of the embodiment described with reference to FIGS. 1A and 1B are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. As shown in FIG. 2, in the present embodiment, the opposing corners on the
図2に示すように、図中左側のティース14aに巻回されている集中巻きコイル20aは、先に図1を参照して説明した実施形態と同様、厚さT3、高さH3の長方形断面の平角線の導線21a〜25aがティース14aに順次巻回される第一ターンから第五ターンと、厚さT3でティース14aの根元16a側から厚さT4の部分の高さが高さH3、それよりも先端15a側の高さが根元側の高さH3より低い高さH4の五角形の導線26aがティース14aに巻回される第六ターンを含んでいる。つまり、この導線26aは先に説明したように、導線26bと対向する先端15a側の角部を切り欠いた五角形の形状となっている。図中左側のティース14aの右側に隣接するティース14bに巻回されている集中巻きコイル20bの第一ターンから第六ターンの各導線21b〜26bも導線21a〜26aと同様の構成となっている。
As shown in FIG. 2, the concentrated winding
図2に示すように、各集中巻きコイル20a,20bのスロット18を挟んで対向する各導線21a〜26a,21b〜26bの対向する面の間隔は、ティース14a,14bの先端15a,15bに向って小さくなっていき、第六ターンの各導線26a,26bの根元16a,16bから先端15a,15b側に向って厚さT4に位置する各角部の間隔が最も狭く、最小間隔S3となっている。第六ターンの各導線26a,26bは、厚さT4の位置の角部から各ティース14a,14bの先端15a,15bに向って高さが小さくなり、先端15a,15bでの高さは高さH4となっている。この間、各導線26a,26bの対向する面の間隔は最小間隔S3に保たれている。したがって、隣接する2つの集中巻きコイル20a,20bの間隔は、上記の最小間隔S3によって規定される。この最小間隔S3は、図2に一点鎖線27a,27bで示すように、第一ターンから第六ターンの各導線21a,26bを全て高さH4の平角導線とした場合の最小間隔と同様である。
As shown in FIG. 2, the distance between the opposing surfaces of the
以上説明した実施形態では、第六ターンの導線26の形状を先端15側の角部を切り欠いた五角形とし、導線26の高さを他のターンの各導線21〜25の高さよりも低くするという簡便な方法により、コストアップを抑えつつ、ステータ10のコイル占積率を向上させ、損失を効果的に低減することができるという効果を奏する。
In the embodiment described above, the shape of the conducting wire 26 of the sixth turn is a pentagon with the corner portion on the
なお、本実施形態では、各導線26a,26bの対向する面の間隔は最小間隔S3に保たれていることとして説明したが、導線26a,26bの先端15a,15b側の高さH4をより小さくして、各導線26a,26bの対向する面の間隔が先端15a,15bに向うほど最小間隔S3よりも広がるように構成してもよい。また、第六ターンの導線26a,26bの根元16a,16b側の厚さT4の部分の高さを高さH3よりも小さくしてもよい。
In the present embodiment, each
次に図3を参照しながら本発明の他の実施形態について説明する。先に図1、図2を参照して説明した実施形態と同様の部分には同様の符号を付して説明は省略する。図3に示すように、本実施形態は、ティース14a,14bの先端15a,15b側の3つのターン、すなわち、第四、第五、第六ターンの各導線24a,24b、導線25a,25b,導線26a,26bの各断面形状をそれぞれ五角形、台形、三角形としたものである。各導線24a〜26bの各断面形状は、第一ターンから第三ターンの各導線21a〜23bの断面形状とは異なる断面形状となっており、その断面積も導線21a〜23bの断面積よりも小さくなっている。
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Parts similar to those of the embodiment described above with reference to FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. As shown in FIG. 3, in the present embodiment, three turns on the
図3に示すように、図中左側のティース14aに巻回されている集中巻きコイル20aは、第一ターンから第三ターン、第四ターン、第五ターン、第六ターンの四種類のターンによって構成されている。第一ターンから第三ターンは、先に図1,図2を参照して説明した実施形態と同様、厚さT5、高さH5の長方形断面の平角線の導線21a〜23aをティース14aに順次巻回したものである。第四ターンは、厚さT5でティース14aの根元16a側から厚さT6の部分の高さが高さH5、それよりも先端15a側の高さが根元側の高さH5より低く最低高さが高さH6の五角形の導線24aをティース14aに巻回したものである。第五ターンは、厚さT5でティース14aの根元16a側の高さが導線24aの先端15a側の高さと同一の高さH6,先端15a側の高さが根元16a側の高さH6より低い高さH7の台形断面の導線25aをティース14aに巻回したものである。第六ターンは、厚さT5でティース14aの根元16a側の高さが導線25aの先端15a側の高さと同一の高さH7,先端15a側の高さがゼロの三角形断面の導線26aをティース14aに巻回したものである。
As shown in FIG. 3, the concentrated winding
つまり、本実施形態では、図2の左側の集中巻きコイル20aは、ティース14aの先端15a側の3つのターン(第四から第六ターン)の各導線24a〜26bの高さは、第四ターンの導線24aの厚さT6の部分を除き除き、その他のターン(第一ターンから第三ターン)の各導線21a〜23aの共通高さH5よりも低くなっている。また、第五ターンの導線25aの高さは導線25aの根元16a側に隣接する導線24aの高さよりも低く、第六ターンの導線26aの高さは導線26aの根元16a側に隣接する導線25aの高さよりも低くなるように構成されている。そして、第一から第三ターンの各導線21aから23aの各高さは略同一で、先端15a側の第四ターンから第六ターンの各導線24a〜26aの高さよりも高くなっている。各導線24a〜26aの断面積は根元16a側の導線23aの断面積よりも小さく、導線24a,25a,26aと先端15aに行くほど断面積は順次小さくなっている。図中左側のティース14aの右側に隣接するティース14bに巻回されている集中巻きコイル20bの第一ターンから第六ターンの各導線21b〜26bも導線21a〜26aと同様の構成となっている。
That is, in this embodiment, the concentrated winding
図3に示すように、各集中巻きコイル20a,20bのスロット18を挟んで対向する各導線21a〜26a,21b〜26bの面の間隔は、ティース14a,14bの先端15a,15bに向って小さくなっていき、各第四ターンの各導線24a,24bの根元16a,16bから先端15a,15b側に向って厚さT6に位置する各角部の間隔が最も狭く、最小間隔S5となっている。第四ターンの各導線24a,24bは、厚さT6の位置の角部から各ティース14a,14bの先端15a,15bに向ってその高さが小さくなり先端15a側では高さH6となり、第五ターンの各導線25a,25bは、根元16a側の高さH6から先端15a側の高さH7に向って高さが低くなり、第六ターンの各導線26a,26bは、根元16a側の高さH7から先端15a側の高さゼロに向って高さが低くなっている。そして、本実施形態では導線24a〜26a、24b〜26bの先端15a,15bに向う傾斜部分(各導線21a〜26a,24b〜26bの各斜辺の面)は、同一平面となっており、その対向する面の間隔は、先端15a,15bに向って最小間隔S5よりも広がるように構成されている。
As shown in FIG. 3, the space | interval of the surface of each
なお、本実施形態では、導線24a,24b根元16a,16b側の高さと導線23a,23bの先端15a,15b側の高さは同じ高さH5として説明したが、各導線24a〜26a,24b〜26bの高さはその導線の根元16a,16b側に隣接する他の導線の高さよりも低くなっていればよい。例えば、具体的には、導線24a,24bの根元16a,16b側の高さは導線23a,23bの先端15a,15b側の高さよりも低くてもよい。同様に、導線25a,25bの根元16a,16b側の高さは導線24a,24bの先端15a,15b側の高さよりも低くてもよいし、導線26a,26bの根元16a,16b側の高さは導線25a,25bの先端15a,15b側の高さよりも低くてもよい。
In the present embodiment,
本実施形態では、先端15側の第四から第六ターンの導線24から26の断面形状を先端15に行くほど高さが低くなるような五角形、台形、三角形とするという簡便な方法により、コストアップを抑えつつ、ステータ10のコイル占積率を向上させ、損失を効果的低減することができるという効果を奏する。なお、本実施形態では先端15側の3つのターンの断面形状を根元16側の他のターンの導線の断面形状と異なる形状とすることとして説明したが、先端15側の3つのターンに限らず、例えば、4−6ターンの断面形状を根元16側の他のターンの断面形状と異なる形状とするようにしてもよい。
In this embodiment, the cross-sectional shape of the fourth to sixth turns 24 to 26 on the
10 ステータ、12 ステータコア、13 ヨーク、14,14a,14b ティース、15,15a,15b 先端、16,16a,16b 根元、17,17a,17b 表面、18 スロット、19 内周面、20,20a,20b 集中巻きコイル、21〜26,21a〜26a,21b〜26b 導線、27a,27b 一点鎖線。 10 stator, 12 stator core, 13 yoke, 14, 14a, 14b teeth, 15, 15a, 15b tip, 16, 16a, 16b root, 17, 17a, 17b surface, 18 slots, 19 inner peripheral surface, 20, 20a, 20b Concentrated winding coil, 21-26, 21a-26a, 21b-26b Conductor, 27a, 27b One-dot chain line.
Claims (2)
前記ティースの先端側から1ターンあるいは複数ターンの各導線の前記ティース表面からの各高さは、前記各導線の前記ティースの根元側に隣接する他の導線の前記ティース表面からの高さよりも低く、
他のターンの各導線の前記ティース表面からの各高さは略同一で、前記1ターンあるいは前記複数ターンの各導線の前記ティース表面からの各高さよりも高く、
前記他のターンの各導線の断面形状は略同一であり、
前記1ターンあるいは前記複数ターンの各導線の断面形状は、前記他のターンの各導線の断面形状と異なり、
前記1ターンあるいは前記複数ターンの各導線の断面積は、前記他のターンの各導線の断面積よりも小さく、
周方向に隣接するティースに巻回した周方向に対向する各前記1ターンあるいは前記複数ターンの各導線間の周方向間隔の最小値は周方向に隣接するティースに巻回した対向する各他のターンの各導線の周方向間隔の最小値と同じかそれより小さいこと、
を特徴とする集中巻コイル。 A concentrated winding coil that is disposed on a stator of a rotating electrical machine and wound a conductive wire on a tooth having a substantially constant circumferential width in the radial direction,
The height of each lead wire of one turn or a plurality of turns from the tip side of the teeth from the tooth surface is lower than the height of the other lead wires adjacent to the base side of the teeth from the tooth surface. ,
The heights of the conductors of the other turns from the teeth surface are substantially the same, and are higher than the heights of the conductors of the one turn or the plurality of turns from the teeth surface,
The cross-sectional shape of each conducting wire of the other turns is substantially the same,
The cross-sectional shape of each conductor of the one turn or the plurality of turns is different from the cross-sectional shape of each conductor of the other turn,
The cross-sectional area of each conductor of the one turn or the plurality of turns is smaller than the cross-sectional area of each conductor of the other turn,
The minimum value of the circumferential interval between the one-turn or multi-turn conductive wires wound around the teeth adjacent in the circumferential direction is equal to each other wound around the teeth adjacent in the circumferential direction. Less than or equal to the minimum circumferential spacing of each conductor of the turn,
Concentrated winding coil.
前記他のターンの各導線の断面形状は略平角形状であり、
前記1ターンあるいは前記複数ターンの各導線の断面形状は、台形、五角形、三角または長方形であること、
を特徴とする集中巻コイル。 The concentrated winding coil according to claim 1,
The cross-sectional shape of each conducting wire of the other turns is a substantially rectangular shape,
The cross-sectional shape of each conductor of the one turn or the plurality of turns is a trapezoid, a pentagon, a triangle, or a rectangle,
Concentrated winding coil.
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